(57)【要約】【課題】  温度変化が大きい環境下においても長寿命化が可能な電力用半導体装置を提供する。【解決手段】  電力用半導体装置１０は、インバータ１と、配管２，３と、バルブ４，５と、ＥＣＵ６とを備える。インバータ１は、配管２，３を介してラジエータ２０に接続され、ＥＣＵ６からの信号ＰＷＭに応じて交流モータを駆動する。また、インバータ１は、ラジエータ２０によって冷却され、ウォータポンプ３０によって配管２，３を介して循環される冷却水によって冷却される。バルブ４は、冷却水がインバータ１へ入る入口近傍の配管２に設けられ、バルブ５は、冷却水がインバータ１から出る出口近傍の配管３に設けられる。ＥＣＵ６は、インバータ１の駆動時、信号ＯＰ１，ＯＰ２によってそれぞれバルブ４，５を開け、インバータ１の停止時、信号ＣＬ１，ＣＬ２によってそれぞれバルブ４，５を閉じる。【選択図】        図１
2005354000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に固着されたスイッチング素子を含む半導体装置と、
前記半導体装置からの伝熱を抑制する伝熱抑制手段とを備える電力用半導体装置。
【請求項２】
前記伝熱抑制手段は、前記半導体装置からの伝熱経路を遮断する、請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記伝熱抑制手段は、前記半導体装置の停止後、前記半導体装置に接続された冷却系の伝熱経路を遮断する、請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記伝熱抑制手段は、前記半導体装置の停止後、前記半導体装置に接続された電流回路系の伝熱経路を遮断する、請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記半導体装置を覆う保温部材をさらに備える、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記伝熱抑制手段は、前記半導体装置を覆い、前記半導体装置からの放熱を抑制する放熱抑制部材である、請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記半導体装置の温度がしきい値まで低下すると前記半導体装置を加熱する加熱手段をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
前記スイッチング素子は、シリコンカーバイドからなる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力用半導体装置に関し、特に、長寿命化が可能な電力用半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるインバータには、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。そして、特許文献１は、放熱基板上に半田付けされたスイッチング素子からなるパワーモジュール（インバータ）を開示する。このパワーモジュールにおいては、パワーモジュールの温度が検出され、その検出されたパワーモジュールの温度が所定以下のとき、加熱手段によりパワーモジュールを加熱する。
【０００５】
このように、特許文献１は、パワーモジュールの温度が所定以下のときパワーモジュールを加熱することを開示する。
【０００６】
また、特許文献２は、インバータを冷却するインバータ冷却装置において、冷却の必要がない場合、ウォータポンプをオフする技術を開示する。
【特許文献１】特開２００３−７９３４号公報
【特許文献２】特開平１０−２１０７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、放熱基板上に半田付けされたスイッチング素子からなるパワーモジュールは、その冷熱サイクルによって、スイッチング素子と放熱基板との間の線膨張係数の相違に起因してスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが入り、寿命が短くなるという問題がある。
【０００８】
すなわち、パワーモジュールの駆動／停止が繰返されることにより、スイッチング素子は、昇温／降温が繰返され、スイッチング素子と放熱基板との線膨張係数の違いによってスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが発生する。
【０００９】
そして、この問題は、特許文献１に開示されたパワーモジュールにおいても発生する。特許文献１に開示されたパワーモジュールは、所定の温度まで低下すると加熱手段により加熱されるが、パワーモジュールの駆動時の駆動温度と、この所定の温度との間で昇温／降温が繰返されることによりスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが発生する可能性がある。したがって、所定の温度まで低下したときにパワーモジュールを加熱するという手段では、冷熱サイクルによるスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが入るという問題を解決することが困難である。
【００１０】
また、特許文献２では、冷却の必要がない場合、ウォータポンプを停止するが、たとえ、ウォータポンプを停止しても配管中の冷媒を介してパワーモジュールから熱が拡散する。したがって、スイッチング素子は、昇温／降温が繰返され、スイッチング素子と放熱基板との線膨張係数の違いによってスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが発生する。
【００１１】
さらに、寒暖の差が大きい環境下で使用される自動車にパワーモジュールを搭載する場合、上記の問題が顕著になる。
【００１２】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、温度変化が大きい環境下においても長寿命化が可能な電力用半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、電力用半導体装置は、半導体装置と、伝熱抑制部材とを備える。半導体装置は、基板上に固着されたスイッチング素子を含む。伝熱抑制部材は、半導体装置からの伝熱を抑制する。
【００１４】
好ましくは、伝熱抑制手段は、半導体装置からの伝熱経路を遮断する。
【００１５】
好ましくは、伝熱抑制手段は、半導体装置の停止後、半導体装置に接続された冷却系の伝熱経路を遮断する。
【００１６】
好ましくは、伝熱抑制手段は、半導体装置の停止後、半導体装置に接続された電流回路系の伝熱経路を遮断する。
【００１７】
好ましくは、電力用半導体装置は、半導体装置を覆う保温部材をさらに備える。
【００１８】
好ましくは、伝熱抑制手段は、半導体装置を覆い、半導体装置からの放熱を抑制する放熱抑制部材である。
【００１９】
好ましくは、電力用半導体装置は、加熱手段をさらに備える。加熱手段は、半導体装置の温度がしきい値まで低下すると半導体装置を加熱する。
【００２０】
好ましくは、スイッチング素子は、シリコンカーバイドからなる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明による電力用半導体装置においては、半導体装置から外部への熱の伝達が抑制される。したがって、電力用半導体装置の駆動／停止を繰返しても、半導体装置の急激な温度低下が抑制される。そうすると、スイッチング素子とスイッチング素子を基板に固着する固着材（たとえば、半田）との線膨張係数の違いに起因するスイッチング素子と基板との接合部におけるクラックの発生が抑制される。
【００２２】
したがって、この発明によれば、電力用半導体装置の寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電力用半導体装置の概略図である。図１を参照して、実施の形態１による電力用半導体装置１０は、インバータ１と、配管２，３と、バルブ４，５と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）６とを備える。
【００２５】
インバータ１は、配管２，３を介してラジエータ２０に接続される。そして、インバータ１は、ＥＣＵ６からの信号ＰＷＭに応じて交流モータ（図示せず）を駆動する。配管２は、ウォータポンプ３０によって循環される冷却水をインバータ１に供給する。配管３は、インバータ１から排出された冷却水をラジエータ２０へ供給する。バルブ４は、冷却水がインバータ１へ入る入口近傍の配管２に設けられ、バルブ５は、冷却水がインバータ１から出る出口近傍の配管３に設けられる。
【００２６】
ＥＣＵ６は、インバータ１をスイッチング制御するための信号ＰＷＭを生成してインバータ１へ出力する。これにより、インバータ１は、スイッチング制御される。
【００２７】
また、ＥＣＵ６は、バルブ４を開けるための信号ＯＰ１と、バルブ４を閉じるための信号ＣＬ１とを生成し、その生成した信号ＯＰ１，ＣＬ１をバルブ４へ出力する。さらに、ＥＣＵ６は、バルブ５を開けるための信号ＯＰ２と、バルブ５を閉じるための信号ＣＬ２とを生成し、その生成した信号ＯＰ２，ＣＬ２をバルブ５へ出力する。これにより、バルブ４は、信号ＯＰ１に応じて開き、信号ＣＬ１に応じて閉じる。また、バルブ５は、信号ＯＰ２に応じて開き、信号ＣＬ２に応じて閉じる。
【００２８】
ラジエータ２０は、配管３から受けた冷却水を冷却して配管２へ供給する。
【００２９】
ウォータポンプ３０は、配管２，３を介してインバータ１とラジエータ２０との間で冷却水を循環する。これにより、インバータ１は、冷却される。
【００３０】
図２は、図１に示すインバータ１の回路図である。図２を参照して、インバータ１は、Ｕ相アーム１１と、Ｖ相アーム１２と、Ｗ相アーム１３とからなる。Ｕ相アーム１１、Ｖ相アーム１２およびＷ相アーム１３は、正母線ＬＮ１と負母線ＬＮ２との間に並列に設けられる。
【００３１】
Ｕ相アーム１１は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム１２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００３２】
ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなる。
【００３３】
図３は、図１に示すインバータ１におけるＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の設置方法を説明するための断面図である。図３を参照して、放熱板１６は、シリコングリス１５を介してヒートシンク１４上に配置される。絶縁基板１８は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）１８１と、アルミニウム（Ａｌ）１８２，１８３とからなる。アルミニウム１８２は、窒化アルミニウム１８１の一主面に設置され、アルミニウム１８３は、窒化アルミニウム１８１の一主面の反対面に設置される。このように、絶縁基板１８は、窒化アルミニウム１８１の両面にアルミニウム１８２，１８３を配設した断面構造からなる。
【００３４】
そして、絶縁基板１８は、アルミニウム１８３が半田１７によって放熱板１６に接着されることによって放熱板１６に固着され、ＮＰＮトランジスタＱ３は、半田１９によってアルミニウム１８２に接着されることによって絶縁基板１８に固着される。ワイヤＷＬは、ＮＰＮトランジスタＱ３に接続される。
【００３５】
ヒートシンク１４は、複数の溝１４１を有する。配管２を介してインバータ１へ供給された冷却水は、ヒートシンク１４の複数の溝１４１を紙面に垂直な方向に流れることによって放熱板１６および絶縁基板１８を介してＮＰＮトランジスタＱ３を冷却する。
【００３６】
このように、ＮＰＮトランジスタＱ３は、半田付けによって基板（放熱板１６および絶縁基板１８）に固着される。
【００３７】
ＮＰＮトランジスタＱ４〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８も、ＮＰＮトランジスタＱ３と同じように図３に示す態様で基板（放熱板１６および絶縁基板１８）に固着される。
【００３８】
再び、図１を参照して、ＥＣＵ６は、信号ＰＷＭを生成してインバータ１へ出力する。インバータ１のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、ＥＣＵ６からの信号ＰＷＭによってスイッチング制御され、インバータ１は、直流電源（図示せず）から受けた直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ（図示せず）を駆動する。
【００３９】
また、ＥＣＵ６は、インバータ１を駆動制御するとき、信号ＯＰ１，ＯＰ２を生成してそれぞれバルブ４，５へ出力する。これにより、バルブ４，５は開く。そして、ウォータポンプ３０は、インバータ１とラジエータ２０との間で配管２，３を介して冷却水を循環する。ラジエータ２０は、配管３からの冷却水を冷却して配管２へ供給する。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８は、冷却水によって冷却される。
【００４０】
このように、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、冷却水によって冷却されており、その駆動温度は、たとえば、２００℃程度である。
【００４１】
そして、ＥＣＵ６は、インバータ１を停止させると、信号ＣＬ１，ＣＬ２を生成してそれぞれバルブ４，５へ出力する。これにより、バルブ４，５は、閉じる。
【００４２】
そうすると、動作中にＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８において発生した熱は、絶縁基板１８および放熱板１６を介してヒートシンク１４へ伝達され、さらに、ヒートシンク１４の複数の溝１４１に溜まった冷却水に伝達される。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の温度は、動作時の２００℃よりも低下する。
【００４３】
しかし、バルブ４，５は閉じられているので、冷却水に伝達された熱は、バルブ４，５よりもラジエータ２０側の配管２，３中に溜まった冷却水へ伝達されない。この場合、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８において発生した熱が配管２，３を介して伝達することは殆どない。つまり、バルブ４，５を閉じることによってＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８からの伝熱経路が遮断される。したがって、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、インバータ１の駆動／停止を繰返した場合にＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の温度の変動幅をバルブ４，５を開いた状態にしておく場合よりも少なくでき、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生を抑制できる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の寿命を長くできる。
【００４４】
特に、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８がＳｉＣからなる場合、動作温度が４００℃程度まで許容されるので、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のスイッチング制御を停止した場合、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の温度が急激に低下することも想定されるが、この発明においては、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８からの伝熱経路が遮断されるので、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の急激な温度低下が抑制される。したがって、この発明は、より高温で駆動されるスイッチング素子の長寿命化に特に有効である。
【００４５】
ダイオードＤ３〜Ｄ８も、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８と同様、電流が流れることにより昇温されるので、ダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱経路を遮断することは、ダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生を抑制し、ダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命を長くすることにも有効である。
【００４６】
上述したように、実施の形態１においては、インバータ１の冷却系の伝熱経路を遮断することによってインバータ１からの伝熱を抑制することを特徴とする。
【００４７】
なお、インバータ１は、「半導体装置」を構成する。
【００４８】
また、バルブ４，５およびバルブ４，５を閉じるＥＣＵ６は、半導体装置からの伝熱を抑制する「伝熱抑制手段」を構成する。
【００４９】
実施の形態１によれば、電力用半導体装置１０は、インバータ１の停止時にバルブ４，５を閉じるＥＣＵ６を備えるので、インバータ１を構成するＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの冷却系を介した伝熱が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。
【００５０】
［実施の形態２］
図４は、実施の形態２による電力用半導体装置の概略図である。図４を参照して、実施の形態２による電力用半導体装置１０Ａは、図１に示す電力用半導体装置１０のバルブ４，５を削除し、保温部材７を追加したものであり、その他は、電力用半導体装置１０と同じである。
【００５１】
なお、実施の形態２においては、ＥＣＵ６は、信号ＰＷＭによってインバータ１を駆動制御する機能のみを行なう。
【００５２】
保温部材７は、発泡スチロールまたは空気層からなり、インバータ１を覆う。そして、保温部材７は、インバータ１で発生した熱が外部へ放熱されるのを抑制する。
【００５３】
ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８がスイッチング制御されることによってインバータ１は、２００℃程度まで昇温される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のスイッチング制御が停止されると、インバータ１の温度は２００℃から低下する。
【００５４】
しかし、保温部材７は、動作中にインバータ１で発生した熱が外部へ放熱されるのを抑制するため、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱を抑制するため、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下は、抑制される。
【００５５】
その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。
【００５６】
このように、実施の形態２においては、インバータ１を保温部材７によって覆うことによってインバータ１からの伝熱を抑制することを特徴とする。
【００５７】
なお、保温部材７は、半導体装置からの伝熱を抑制する「伝熱抑制手段」を構成する。
【００５８】
また、保温部材７は、半導体装置を覆い、半導体装置からの放熱を抑制する「放熱抑制部材」を構成する。
【００５９】
さらに、電力用半導体装置１０Ａは、実施の形態１で説明したバルブ４，５を備え、インバータ１の停止後、バルブ４，５を閉じるようにしてもよい。これにより、インバータ１からの伝熱がさらに抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８をさらに長寿命化できる。
【００６０】
その他は、実施の形態１と同じである。
【００６１】
実施の形態２によれば、電力用半導体装置１０Ａは、インバータ１を覆う保温部材７を備えるので、インバータ１を構成するＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。
【００６２】
［実施の形態３］
図５は、実施の形態３による電力用半導体装置の概略図である。図５を参照して、実施の形態３による電力用半導体装置１０Ｂは、図１に示す電力用半導体装置１０のバルブ４，５を削除し、インバータ１およびＥＣＵ６をそれぞれインバータ１ＡおよびＥＣＵ６Ａに代えたものであり、その他は、電力用半導体装置１０と同じである。
【００６３】
インバータ１Ａは、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を含み、インバータ１と同じ回路構成からなる。
【００６４】
図６は、実施の形態３におけるＮＰＮトランジスタＱ３の素子構造を示す斜視図である。図６を参照して、ＮＰＮトランジスタＱ３は、半田付けによって基板２１に固着される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３は、ＳｉＣチップ２２と、エミッタ２３と、コレクタ２４と、ゲート２５と、リレー２６，２７とを含む。
【００６５】
基板２１は、図３に示すヒートシンク１４、シリコングリス１５、放熱板１６、絶縁基板１８および半田１７，１９からなる。ＳｉＣチップ２２は、基板２１の一主面２１Ａに固着される。エミッタ２３は、その一方端がワイヤＷＬ１によってＳｉＣチップ２２に接続され、他方端がリレー２６に接続される。コレクタ２４は、その一方端がワイヤＷＬ２によってＳｉＣチップ２２に接続され、他方端がリレー２７に接続される。ゲート２５は、ワイヤＷＬ３によってＳｉＣチップ２２に接続される。そして、ＳｉＣチップ２２、ワイヤＷＬ１〜ＷＬ３、エミッタ２３の一方端およびコレクタ２４の一方端は、樹脂２８によって封止されている。すなわち、エミッタ２３の他方端、コレクタ２４の他方端およびゲート２５は、樹脂２８よりも外部へ出ている。
【００６６】
ＮＰＮトランジスタＱ４〜Ｑ８もＮＰＮトランジスタＱ３と同じ素子構造からなり、半田付けによって基板２１に固着される。
【００６７】
また、ダイオードＤ３〜Ｄ８の各々は、半田付けによって基板２１の一主面２１Ａに固着され、樹脂２８によって封止され、その両端がリレー２６，２７に接続された素子構造からなる。
【００６８】
再び、図５を参照して、ＥＣＵ６Ａは、リレー２６をオン／オフするための信号ＳＥ１を生成してＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８へ出力する。また、ＥＣＵ６Ａは、リレー２７をオン／オフするための信号ＳＥ２を生成してＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８へ出力する。
【００６９】
信号ＳＥ１，ＳＥ２は、それぞれリレー２６，２７をオンするとき、Ｈ（論理ハイ）レベルからなり、それぞれリレー２６，２７をオフするとき、Ｌ（論理ロー）レベルからなる。
【００７０】
ＥＣＵ６Ａは、その他、信号ＰＷＭによってインバータ１Ａを駆動制御する。
【００７１】
電力用半導体装置１０Ｂにおいては、ＥＣＵ６Ａは、インバータ１Ａを駆動制御するとき、Ｈレベルの信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成し、その生成した信号ＳＥ１，ＳＥ２をそれぞれＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８のリレー２６，２７へ出力する。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８のリレー２６および２７はオンされる。その後、ＥＣＵ６Ａは、信号ＰＷＭを生成してインバータ１Ａへ出力する。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御され、インバータ１Ａは、直流電源（図示せず）からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ（図示せず）を駆動する。
【００７２】
そして、ＥＣＵ６Ａは、インバータ１Ａを停止した後、Ｌレベルの信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成してそれぞれＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８のリレー２６，２７へ出力する。これにより、リレー２６および２７はオフされる。
【００７３】
そうすると、駆動中にＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８において発生し、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８に蓄積された熱は、リレー２６および２７を介して伝熱しない。
【００７４】
その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の温度は、急激に低下せず、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板２１との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命が長くなる。
【００７５】
このように、実施の形態３においては、インバータ１Ａの停止後に、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの電流回路系を介した伝熱を遮断することを特徴とする。
【００７６】
なお、インバータ１Ａは、「半導体装置」を構成する。
【００７７】
また、リレー２６，２７およびリレー２６，２７をオフするＥＣＵ６Ａは、半導体装置からの伝熱を抑制する「伝熱抑制手段」を構成する。
【００７８】
さらに、実施の形態３においては、上述した実施の形態１，２の少なくとも１つを電力用半導体装置１０Ｂに適用するようにしてもよい。これにより、インバータ１Ａからの伝熱がさらに抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８をさらに長寿命化できる。
【００７９】
その他は、実施の形態１，２と同じである。
【００８０】
実施の形態３によれば、電力用半導体装置１０Ｂは、インバータ１Ａの停止時にリレー２６，２７をオフするＥＣＵ６Ａを備えるので、インバータ１Ａを構成するＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの電流回路系を介した伝熱が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。
【００８１】
［実施の形態４］
図７は、実施の形態４による電力用半導体装置の概略図である。図７を参照して、実施の形態４による電力用半導体装置１０Ｃは、図１に示す電力用半導体装置１０のインバータ１およびＥＣＵ６をそれぞれインバータ１ＢおよびＥＣＵ６Ｂに代え、温度センサー８を追加したものであり、その他は、電力用半導体装置１０と同じである。
【００８２】
インバータ１Ｂは、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を含み、インバータ１と同じ回路構成からなる。温度センサー８は、インバータ１Ｂの温度Ｔｉｎｖを検出し、その検出した温度ＴｉｎｖをＥＣＵ６Ｂへ出力する。
【００８３】
図８は、実施の形態４におけるＮＰＮトランジスタＱ３の配置方法を説明するための断面図である。図８を参照して、ヒートシンク３１は、図３に示すヒートシンク１４と同じように複数の溝（図示せず）を含む。基板３２は、ヒートシンク３１の一主面３１Ａに設置され、図３に示すシリコングリス１５、放熱板１６、半田１７，１９および絶縁基板１８からなる。ＮＰＮトランジスタＱ３は、半田付けによって基板３２に固着される。ヒーター３３は、ヒートシンク３１内に配設され、基板３２を介してＮＰＮトランジスタＱ３を加熱する。
【００８４】
ＮＰＮトランジスタＱ４〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の各々は、ＮＰＮトランジスタＱ３と同じように半田付けによって基板３２に固着される。
【００８５】
再び、図７を参照して、ＥＣＵ６Ｂは、上述した信号ＯＰ１，ＣＬ１を生成してバルブ４へ出力し、信号ＯＰ２，ＣＬ２を生成してバルブ５へ出力する。また、ＥＣＵ６Ｂは、信号ＰＷＭを生成してインバータ１Ｂへ出力する。さらに、ＥＣＵ６Ｂは、温度センサー８から温度Ｔｉｎｖを受け、その受けた温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下したか否かを判定する。そして、ＥＣＵ６Ｂは、その判定結果に応じた論理レベルを有する信号ＨＴを生成してヒーター３３へ出力する。すなわち、ＥＣＵ６Ｂは、温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下すると、Ｈレベルの信号ＨＴを生成してヒーター３３へ出力し、温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下していないときＬレベルの信号ＨＴを生成してヒーター３３へ出力する。
【００８６】
ヒーター３３は、Ｈレベルの信号ＨＴに応じて駆動され、ＮＰＮトランジスタＱ３を加熱し、Ｌレベルの信号ＨＴに応じて停止する。
【００８７】
なお、しきい値Ｔｔｈは、たとえば、ＮＰＮトランジスタＱ３の駆動温度を２００℃とした場合、０℃に設定される。
【００８８】
ＥＣＵ６Ｂは、インバータ１Ｂを駆動制御するとき、信号ＯＰ１，ＯＰ２を生成してそれぞれバルブ４，５へ出力する。これにより、バルブ４，５は開く。そして、ウォータポンプ３０は、ラジエータ２０によって冷却された冷却水を配管２，３を介してインバータ１Ｂとラジエータ２０との間で循環する。
【００８９】
また、ＥＣＵ６Ｂは、信号ＰＷＭによってインバータ１Ｂをスイッチング制御する。これによって、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、インバータ１Ｂは、直流電源（図示せず）からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ（図示せず）を駆動する。
【００９０】
その後、ＥＣＵ６Ｂは、インバータ１Ｂを停止し、信号ＣＬ１，ＣＬ２を生成してそれぞれバルブ４，５へ出力する。これにより、バルブ４，５は閉じる。そして、ＥＣＵ６Ｂは、温度センサー８から温度Ｔｉｎｖを受け、温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下するか否かを監視する。
【００９１】
温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下すると、ＥＣＵ６Ｂは、Ｈレベルの信号ＨＴを生成してヒーター３３へ出力する。
【００９２】
そうすると、ヒーター３３は、Ｈレベルの信号ＨＴに応じて駆動され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を加熱する。これによって、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８は保温される。
【００９３】
これによって、インバータ１Ｂの停止後、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８がしきい値Ｔｔｈ以下に低下するのが抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板３２との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命が長くなる。
【００９４】
このように、実施の形態４においては、インバータ１Ｂの停止後に、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の冷却系の伝熱経路を遮断し、その伝熱経路の遮断後にインバータ１Ｂの温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下すれば、インバータＩＢを保温することを特徴とする。
【００９５】
この特徴により、インバータ１Ｂの駆動／停止が繰り返し行なわれても、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板３２との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命が長くなる。
【００９６】
この実施の形態４においては、インバータ１Ｂの停止後にＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の冷却系の伝熱経路を遮断する制御に代えて、実施の形態２による保温部材７によってインバータ１Ｂを覆うようにしてもよく、実施の形態３において説明したように電流回路系の伝熱経路を遮断する制御を行なうようにしてもよい。これによって、電力用半導体装置１０Ｃと同じ効果を達成することができる。
【００９７】
また、実施の形態４においては、電力用半導体装置１０Ｃに実施の形態２による保温部材７によってインバータ１Ｂを覆うこと、および実施の形態３において説明したように電流回路系の伝熱経路を遮断する制御を追加してもよい。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱をさらに抑制でき、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板３２との接合部（半田１９）におけるクラックの発生をさらに抑制できる。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命をさらに長くできる。
【００９８】
なお、インバータ１Ｂは、「半導体装置」を構成する。
【００９９】
また、ヒーター３３およびヒーター３３を駆動するＥＣＵ６Ｂは、「加熱手段」を構成する。
【０１００】
その他は、実施の形態１から実施の形態３と同じである。
【０１０１】
実施の形態４によれば、電力用半導体装置１０Ｃは、インバータ１Ｂの停止時にバルブ４，５を閉じるとともに、インバータ１Ｂの温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下するとヒーター３３を駆動するＥＣＵ６Ｂを備えるので、インバータ１Ｂを構成するＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱が抑制されるとともにＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８が加熱され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板３２との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。
【０１０２】
上記の実施の形態１から実施の形態４においては、インバータ１，１Ａ，１Ｂを含む電力用半導体装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃについて説明したが、この発明においては、これに限らず、この発明による電力用半導体装置は、インバータ１，１Ａ，１Ｂに代えて昇圧コンバータを含むものであってもよい。
【０１０３】
図９は、昇圧コンバータの回路図である。図９を参照して、昇圧コンバータ９は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２は、ＳｉＣからなる。リアクトルＬ１の一方端は直流電源（図示せず）の電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、正母線ＬＮ１と負母線ＬＮ２との間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは正母線ＬＮ１に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタは負母線ＬＮ２に接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。
【０１０４】
昇圧コンバータ９を含む電力用半導体装置は、上述した電力用半導体装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいてインバータ１，１Ａ，１Ｂを昇圧コンバータ９に代えたものに相当する。
【０１０５】
その結果、昇圧コンバータ９を含む電力用半導体装置においても、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２からの伝熱を抑制でき、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２と基板との接合部におけるクラックの発生を抑制できる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２の寿命を長くできる。
【０１０６】
上記においては、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８は、ＳｉＣからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８は、シリコン（Ｓｉ）から構成されていてもよい。
【０１０７】
また、上記においては、ＳｉまたはＳｉＣからなるＮＰＮトランジスタを用いてインバータ１，１Ａ，１Ｂおよび昇圧コンバータ９を構成すると説明したが、この発明においては、これに限らず、インバータ１，１Ａ，１Ｂおよび昇圧コンバータ９は、ＩＧＢＴおよびＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子から構成されていればよい。
【０１０８】
また、熱は、基板の面内方向に垂直な法線方向に対して、約４５度の方向に伝熱するので、基板の断面構造において、４５度よりも小さい角度を有する傾斜面を両端に形成するようにしてもよい。
【０１０９】
次に、この発明による電力用半導体装置の応用例について説明する。
【０１１０】
図１０は、実施の形態１による電力用半導体装置１０を用いたモータ駆動装置の概略図である。図１０を参照して、実施の形態１による電力用半導体装置１０を備えたモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電力用半導体装置１０，１１０と、電圧センサー１２０，１３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電流センサー１４０と、制御装置１５０とを備える。
【０１１１】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、この交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を有し、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなモータとしてハイブリッド自動車に搭載されるようにしてもよい。
【０１１２】
なお、図１０においては、図１に示すバルブ４，５をインバータ１用のバルブ４Ａ，５Ａおよび昇圧コンバータ９用のバルブ４Ｂ，５Ｂとして示す。
【０１１３】
制御装置１５０は、ＥＣＵ６，６１からなる。したがって、電力用半導体装置１０は、インバータ１と、配管２，３と、バルブ４Ａ，５Ａと、ＥＣＵ６とからなり、電力用半導体装置１１０は、配管２，３と、バルブ４Ｂ，５Ｂと、昇圧コンバータ９と、ＥＣＵ６１とからなる。
【０１１４】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１２０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置１５０へ出力する。
【０１１５】
コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから出力される直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ９へ供給する。
【０１１６】
昇圧コンバータ９は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ９は、制御装置１５０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。また、昇圧コンバータ９は、制御装置１５０から信号ＰＷＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【０１１７】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ９からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１へ供給する。電圧センサー１３０は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ９の出力電圧Ｖｍ（インバータ１への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置１５０へ出力する。
【０１１８】
インバータ１は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置１５０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置１５０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ９へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【０１１９】
電流センサー１４０は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置１５０へ出力する。
【０１２０】
制御装置１５０は、モータ駆動装置１００の外部に設けられたＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサー１２０，１３０からそれぞれ電圧Ｖｂ，Ｖｍを受け、電流センサー１４０からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。
【０１２１】
制御装置１５０のＥＣＵ６は、トルク指令値ＴＲ、電圧Ｖｍおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ１を駆動するための信号ＰＷＭを生成する。すなわち、ＥＣＵ６は、トルク指令値ＴＲ、電圧Ｖｍおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて交流モータＭ１の各相に印加する電圧を計算し、その計算した電圧に基づいて、実際にインバータ１の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭを生成する。
【０１２２】
そして、ＥＣＵ６は、その生成した信号ＰＷＭを各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。
【０１２３】
これにより、インバータ１の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。
【０１２４】
なお、図１０においては、ＥＣＵ６は、信号ＯＰ１Ａ／ＣＬ１Ａを生成してバルブ４Ａへ出力し、信号ＯＰ２Ａ／ＣＬ２Ａを生成してバルブ５Ａへ出力する。
【０１２５】
制御装置１５０のＥＣＵ６１は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧Ｖｂ，Ｖｍに基づいて、昇圧コンバータ９を駆動するための信号ＰＷＣを生成する。すなわち、ＥＣＵ６１は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、電圧Ｖｍを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに設定するためのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算する。そして、ＥＣＵ６１は、電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧Ｖｍをフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて、実際に昇圧コンバータ９のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成する。そして、ＥＣＵ６１は、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ９のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。
【０１２６】
また、ＥＣＵ６１は、信号ＯＰ１Ｂ／ＣＬ１Ｂを生成してバルブ４Ｂへ出力し、信号ＯＰ２Ｂ／ＣＬ２Ｂを生成してバルブ５Ｂへ出力する。
【０１２７】
なお、昇圧コンバータ９の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【０１２８】
モータ駆動装置１００が始動されると、電圧センサー１２０は、電圧Ｖｂを検出して制御装置１５０へ出力し、電圧センサー１３０は、電圧Ｖｍを検出して制御装置１５０へ出力し、電流センサー１４０は、モータ電流ＭＣＲＴを検出して制御装置１５０へ出力する。また、制御装置１５０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受ける。
【０１２９】
そして、ＥＣＵ６１は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧Ｖｂ，Ｖｍに基づいて、上述した方法によって信号ＰＷＣを生成して昇圧コンバータ９のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。また、ＥＣＵ６１は、信号ＯＰ１ＢおよびＯＰ２Ｂを生成してそれぞれバルブ４Ｂおよび５Ｂへ出力する。
【０１３０】
一方、ＥＣＵ６は、トルク指令値ＴＲ、モータ電流ＭＣＲＴおよび電圧Ｖｍに基づいて、上述した方法によって信号ＰＷＭを生成してインバータ１のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。また、ＥＣＵ６は、信号ＯＰ１ＡおよびＯＰ２Ａを生成してそれぞれバルブ４Ａおよび５Ａへ出力する。
【０１３１】
そうすると、バルブ４Ａ，５Ａ，４Ｂ，５Ｂは、開き、ウォータポンプ３０は、配管２，３を介してラジエータ２０とインバータ１および昇圧コンバータ９との間で冷却水を循環する。
【０１３２】
また、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＣによってスイッチング制御され、昇圧コンバータ９は、出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに一致するように直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ９からの直流電圧を平滑化してインバータ１へ供給する。
【０１３３】
さらに、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御され、インバータ１は、コンデンサＣ２からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【０１３４】
このように、モータ駆動装置１００の動作中、インバータ１および昇圧コンバータ９は、冷却水によって冷却されながら、所定の動作を行なう。
【０１３５】
そして、モータ駆動装置１００が停止されるとき、ＥＣＵ６，６１は、それぞれ、インバータ１および昇圧コンバータ９を停止する。そして、ＥＣＵ６は、インバータ１の停止後、信号ＣＬ１ＡおよびＣＬ２Ａを生成してそれぞれバルブ４Ａ，５Ａへ出力する。また、ＥＣＵ６１は、昇圧コンバータ９の停止後、信号ＣＬ１ＢおよびＣＬ２Ｂを生成してそれぞれバルブ４Ｂ，５Ｂへ出力する。
【０１３６】
そして、バルブ４Ａ，５Ａ，４Ｂ，５Ｂは閉じる。これによって、インバータ１および昇圧コンバータ９の冷却系の伝熱経路が遮断され、昇圧コンバータ９においてＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２と基板との接合部におけるクラックの発生が抑制され、インバータ１においてＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板との接合部におけるクラックの発生が抑制される。その結果、インバータ１および昇圧コンバータ９を長寿命化できる。
【０１３７】
モータ駆動装置１００がハイブリッド自動車または電気自動車に搭載される場合、昇圧コンバータ９、コンデンサＣ２、インバータ１および制御装置１５０は、１つの駆動ユニットとしてハイブリッド自動車または電気自動車に搭載される。
【０１３８】
図１１は、昇圧コンバータ９、コンデンサＣ２、インバータ１および制御装置１５０からなる駆動ユニットの斜視図である。図１１を参照して、駆動ユニット６０は、昇圧コンバータ９、コンデンサＣ２、インバータ１および制御装置１５０を格納する。
【０１３９】
なお、図１１においては、昇圧コンバータ９は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２からなる昇圧ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）９１と、リアクトルＬ１とに分離して示される。
【０１４０】
昇圧ＩＰＭ９１は、リアクトルＬ１に隣接して配置される。インバータ１は、リアクトルＬ１および昇圧ＩＰＭ９１に隣接して配置される。コンデンサＣ２は、インバータ１の上に配置される。制御装置１５０は、コンデンサＣ２の上に配置される。
【０１４１】
このように、駆動ユニット６０は、リアクトルＬ１、昇圧ＩＰＭ９１、インバータ１、コンデンサＣ２および制御装置１５０をコンパクトに格納してハイブリッド電気自動車または電気自動車に搭載され、直流電源Ｂから直流電圧を受けて交流モータＭ１を駆動する。
【０１４２】
図１２は、図１０に示すモータ駆動装置１００を搭載したハイブリッド自動車の平面図である。
【０１４３】
図１２を参照して、ハイブリッド自動車２００は、ラジエータ２０と、ウォータポンプ３０と、モータ駆動装置１００と、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒと、後輪２２０Ｌ，２２０Ｒと、ディファレンシャルギア（ＤＧ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｇｅａｒ）２３０と、動力分割機構２４０と、エンジン２５０と、フロントシート２６０Ｌ，２６０Ｒと、リアシート２７０Ｌ，２７０Ｒと、交流モータＭ１とを備える。
【０１４４】
なお、図１２においては、交流モータＭ１は、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒを駆動するものとして説明する。
【０１４５】
直流電源Ｂは、リアシート２７０Ｌ，２７０Ｒの後側に配置される。交流モータＭ１、ラジエータ２０、ウォータポンプ３０、駆動ユニット６０、動力分割機構２４０およびエンジン２５０は、エンジンコンパートメント２８０に配置される。交流モータＭ１およびエンジン２５０は、動力分割機構２４０に連結される。
【０１４６】
駆動ユニット６０は、直流電源Ｂから直流電圧を受け、その受けた直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。また、駆動ユニット６０は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。交流モータＭ１は、駆動ユニット６０によって駆動され、所定のトルクを動力分割機構２４０へ出力する。また、交流モータＭ１は、動力分割機構２４０を介して受けた前輪２１０Ｌ，２１０Ｒの回転力によって交流電圧を発電し、その発電した交流電圧を駆動ユニット６０へ供給する。
【０１４７】
動力分割機構２４０は、交流モータＭ１（または交流モータＭ１およびエンジン２５０）からのトルクをＤＧ２３０を介して前輪２１０Ｌ，２１０Ｒへ伝達する。また、動力分割機構２４０は、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒの回転力を交流モータＭ１へ伝達する。
【０１４８】
ハイブリッド自動車２００の始動時、駆動ユニット６０は、直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。そして、交流モータＭ１は、所定のトルクを発生して動力分割機構２４０へ出力する。
【０１４９】
動力分割機構２４０は、交流モータＭ１からのトルクをＤＧ２３０を介して前輪２１０Ｌ，２１０Ｒへ供給し、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒを駆動する。これによりハイブリッド自動車２００は、発進する。
【０１５０】
この場合、バルブ４，５は、駆動ユニット６０の制御装置１５０からの制御に従って開き、ウォータポンプ３０は、ラジエータ２０によって冷却された冷却水を配管２，３を介して駆動ユニット６０へ供給し、インバータ１および昇圧コンバータ９を冷却する。
【０１５１】
ハイブリッド自動車２００が加速されるとき、エンジン２５０は、始動され、所定のトルクを発生して動力分割機構２４０へ供給する。動力分割機構２４０は、交流モータＭ１およびエンジン２５０からのトルクをＤＧ２３０を介して前輪２１０Ｌ，２１０Ｒへ伝達する。これにより、ハイブリッド自動車２００は加速する。
【０１５２】
そして、ハイブリッド自動車２００の停止時、駆動ユニット６０は、交流モータＭ１を停止するとともに、バルブ４，５を閉じる。これによって、駆動ユニット６０において、インバータ１および昇圧コンバータ９からの冷却系を介した伝熱が遮断され、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。
【０１５３】
その結果、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８と基板との接合部におけるクラックの発生が抑制され、インバータ１および昇圧コンバータ９を長寿命化できる。
【０１５４】
上述したように、駆動ユニット６０は、ハイブリッド自動車２００において車室外であるエンジンコンパートメント２８０に配置されるので、周囲の温度による影響を受け易く、ハイブリッド自動車２００の停止時、駆動ユニット６０の温度が急激に低下することも想定される。
【０１５５】
特に、ハイブリッド自動車２００が、昼間と夜間とで温度差が大きい地域および氷点下の寒冷地等で使用される場合、ハイブリッド自動車２００の停止時に駆動ユニット６０の温度が急激に低下することも想定される。
【０１５６】
しかし、ハイブリッド自動車２００の停止時、バルブ４，５は閉じられるので、駆動ユニット６０のインバータ１および昇圧コンバータ９からの伝熱が抑制され、上述したように、インバータ１および昇圧コンバータ９を長寿命化できる。
【０１５７】
したがって、この発明は、特に、周囲の温度の影響を受け易く、温度の変動幅が大きい自動車に搭載されるインバータ１および昇圧コンバータ９等の半導体装置に適用して有効なものである。
【０１５８】
上記においては、実施の形態１による電力用半導体装置１０を用いたモータ駆動装置１００について説明したが、それぞれ、実施の形態２、実施の形態３および実施の形態４による電力用半導体装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを用いてモータ駆動装置１００を構成してもよく、電力用半導体装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを、適宜、組み合わせてモータ駆動装置１００を構成してもよい。
【０１５９】
また、モータ駆動装置１００は、昇圧コンバータ９を備えていなくてもよい。
【０１６０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
この発明は、温度変化が大きい環境下においても長寿命化が可能な電力用半導体装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】この発明の実施の形態１による電力用半導体装置の概略図である。
【図２】図１に示すインバータの回路図である。
【図３】図１に示すインバータにおけるＮＰＮトランジスタおよびダイオードの設置方法を説明するための断面図である。
【図４】実施の形態２による電力用半導体装置の概略図である。
【図５】実施の形態３による電力用半導体装置の概略図である。
【図６】実施の形態３におけるＮＰＮトランジスタの素子構造を示す斜視図である。
【図７】実施の形態４による電力用半導体装置の概略図である。
【図８】実施の形態４におけるＮＰＮトランジスタの配置方法を説明するための断面図である。
【図９】昇圧コンバータの回路図である。
【図１０】実施の形態１による電力用半導体装置を用いたモータ駆動装置の概略図である。
【図１１】昇圧コンバータ、コンデンサ、インバータおよび制御装置からなる駆動ユニットの斜視図である。
【図１２】図１０に示すモータ駆動装置を搭載したハイブリッド自動車の平面図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１，１Ａ，１Ｂ  インバータ、２，３  配管、４，４Ａ，４Ｂ，５，５Ａ，５Ｂ  バルブ、６，６Ａ，６Ｂ，６１  ＥＣＵ、７  保温部材、８  温度センサー、９  昇圧コンバータ、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１１０  電力用半導体装置、１１  Ｕ相アーム、１２  Ｖ相アーム、１３  Ｗ相アーム、１４，３１  ヒートシンク、１５  シリコングリス、１６  放熱板、１７，１９  半田、１８  絶縁基板、２０  ラジエータ、２１，３２  基板、２２  ＳｉＣチップ、２３  エミッタ、２４  コレクタ、２５  ゲート、２６，２７  リレー、２８  樹脂、３０  ウォータポンプ、３１Ａ  一主面、３３  ヒーター、６０  駆動ユニット、９１  昇圧ＩＰＭ、１００  モータ駆動装置、１２０，１３０  電圧センサー、１４０  電流センサー、１４１  溝、１５０  制御装置、１８１  窒化アルミニウム、１８２，１８３  アルミニウム、２００  ハイブリッド自動車、２１０Ｌ，２１０Ｒ  前輪、２２０Ｌ，２２０Ｒ  後輪、２３０  ＤＧ、２４０  動力分割機構、２５０  エンジン、２６０Ｌ，２６０Ｒ  フロントシート、２７０Ｌ，２７０Ｒ  リアシート、２８０  エンジンコンパートメント、Ｂ  直流電源、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ８  ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｌ１  リアクトル、ＬＮ１  正母線、ＬＮ２  負母線、ＷＬ，ＷＬ１〜ＷＬ３  ワイヤ、Ｍ１  交流モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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